[發(fā)明專(zhuān)利]基于偽隨機(jī)碼相關(guān)性檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710095533.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106842130A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洲洲;郝杰;申良;曹?chē)?guó)震;李中
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安航空學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G01S5/18
• 分類(lèi)號(hào): G01S5/18
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)領(lǐng)域，涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位方法，具體涉及一種基于偽隨機(jī)碼相關(guān)性檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法。本發(fā)放可有效地增加節(jié)點(diǎn)的測(cè)距距離和測(cè)量精度。

背景技術(shù)

隨著無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)的不斷研究和發(fā)展，WSN已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、反恐、危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)視等諸多領(lǐng)域。尤其在目前日益緊張的國(guó)際和國(guó)內(nèi)反恐形勢(shì)背景下，當(dāng)WSN應(yīng)用在戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)打擊任務(wù)中，其節(jié)點(diǎn)通過(guò)拋灑的方式布置在工作地域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的初始位置不可知。傳感器節(jié)點(diǎn)在工作區(qū)域內(nèi)首先需要通過(guò)定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)確定自身在網(wǎng)絡(luò)中的位置，以及自身與其他節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系。當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)在工作區(qū)域內(nèi)感知到目標(biāo)對(duì)象的時(shí)候，根據(jù)感知到的目標(biāo)對(duì)象的位置、移動(dòng)方向以及速度等信息，預(yù)估計(jì)出對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行攻擊的最佳攻擊位置，選取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的若干個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行打擊。而節(jié)點(diǎn)定位性能的優(yōu)劣，對(duì)任務(wù)如何分配有著重要的影響。因此，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位具有十分重要的研究意義與使用價(jià)值。

在WSN中，依據(jù)節(jié)點(diǎn)是否知道自身的具體位置，可以將節(jié)點(diǎn)分為錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)兩種。由于未知節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)硬件的要求高，實(shí)際操作復(fù)雜度大，而針對(duì)基于錨節(jié)點(diǎn)定位的研究相對(duì)易于操作。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了很多WSN節(jié)點(diǎn)定位相關(guān)方法，每種方法均具有優(yōu)缺點(diǎn)，截止目前，還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些定位方法進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的定位過(guò)程是否需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)對(duì)的距離或者角度信息，分為基于測(cè)距和基于距離無(wú)關(guān)的定位。基于測(cè)距的定位技術(shù)需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn)間的距離值或者角度值，利用實(shí)際測(cè)得的距離值來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。現(xiàn)有的測(cè)距技術(shù)有很多種，常用的測(cè)距技術(shù)包括信號(hào)強(qiáng)度(Radio Signal Strength Indicator，RSSI)測(cè)量法、到達(dá)角(Angel of Arrival，AOA)測(cè)量法、到達(dá)時(shí)間(Time of Arrival，TOA)測(cè)量法以及到達(dá)時(shí)間差(Time Difference of Arrival，TDOA)測(cè)量法等。基于距離無(wú)關(guān)的定位技術(shù)主要是利用節(jié)點(diǎn)的連通性信息等方法來(lái)估測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的距離值，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)。此類(lèi)測(cè)距技術(shù)主要有DV-Hop定位、質(zhì)心定位及APIT定位等，這些方法無(wú)需直接測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的真實(shí)距離，只需要進(jìn)行距離估算即可，大大降低了定位節(jié)點(diǎn)對(duì)硬件的要求，但是定位精度較差。

其中，TDOA測(cè)距法是基于超聲波硬件進(jìn)行測(cè)距，無(wú)需同步節(jié)點(diǎn)之間的系統(tǒng)時(shí)間，測(cè)距精度較高，抗干擾能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)，且能夠提供厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的測(cè)距精度，在WSN定位方案中使用較為廣泛，但是當(dāng)前的超聲波設(shè)備由于硬件條件限制，測(cè)距距離較短。采用多維定標(biāo)技術(shù)(Multidimensional Scaling，MDS)可建立MDS-MAP超聲波定位方法，但是定位精度優(yōu)勢(shì)并不明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述MDS-MAP超聲波定位精度不高的技術(shù)缺陷，提供一種基于偽隨機(jī)碼相關(guān)性檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法。本發(fā)明基于偽隨機(jī)碼TDOA測(cè)距技術(shù)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)定位的優(yōu)化改進(jìn)，有效地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)高精度相對(duì)定位和絕對(duì)定位，從而為WSN提供更好地節(jié)點(diǎn)定位服務(wù)支持。

具體而言，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：基于偽隨機(jī)碼相關(guān)性檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)定位方法，用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，所述節(jié)點(diǎn)定位方法包括下述步驟：

1)基于超聲波偽隨機(jī)碼TDOA檢測(cè)方法，測(cè)量無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的距離值；

2)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)的空間距離矩陣；

3)將節(jié)點(diǎn)的空間距離矩陣處理成所有節(jié)點(diǎn)的空間相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)；

4)利用平面轉(zhuǎn)換模型將所有節(jié)點(diǎn)的空間相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)坐標(biāo)。

作為本發(fā)明所述技術(shù)方案的優(yōu)選方式之一，所述步驟1)中，依據(jù)線(xiàn)性反饋移位寄存器原理生成生成m序列，使用2ASK調(diào)制方法生成m序列調(diào)制信號(hào)，利用RF信號(hào)作為時(shí)間同步信號(hào)，超聲波發(fā)射端發(fā)出調(diào)制信號(hào)，超聲波接收端采集攜帶偽隨機(jī)序列的超聲信號(hào)。

作為本發(fā)明所述技術(shù)方案的優(yōu)選方式之一，所述步驟2)中，節(jié)點(diǎn)的空間距離矩陣包括直接可測(cè)的節(jié)點(diǎn)間的距離值，對(duì)于節(jié)點(diǎn)間的距離小于最大測(cè)距范圍，節(jié)點(diǎn)間的距離直接可測(cè)，以真實(shí)的節(jié)點(diǎn)間距離值構(gòu)建節(jié)點(diǎn)的空間距離矩陣。

進(jìn)一步地，所述節(jié)點(diǎn)的空間距離矩陣還包括不能直接測(cè)量的節(jié)點(diǎn)間的距離值，若兩節(jié)點(diǎn)間的距離超出最大測(cè)距范圍，利用Euclidean測(cè)距方法獲取所述兩節(jié)點(diǎn)間的距離值。

進(jìn)一步地，對(duì)經(jīng)Euclidean測(cè)距方法仍不能獲取距離值的節(jié)點(diǎn)對(duì)，采用最短路徑融合方法獲取所述節(jié)點(diǎn)對(duì)的距離值。